1.3. Теплота сгорания топлива

Тепловым эффектом реакции горения, или теплотой сгорания топлива, называется количество тепла, выраженное в ккал или МДж, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газа при температуре О^оС и давлении 0,1013 МПа (760 мм рт. ст.). В общем случае теплоту сгорания топлив определяют экспериментально с помощью калориметра.

Различают высшую Q_в и низшую Q_н теплоту сгорания топлива. Высшая теплота сгорания соответствует условиям, при которых водяные пары, образующиеся при реакциях горения, доводятся за счет охлаждения до жидкого состояния (например, в низкотемпературных контактных нагревателях воды). В практических условиях сжигания топлив водяные пары, содержащиеся в продуктах сгорания, как правило, не конденсируются и вместе с ними отводятся в атмосферу.

Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или 1 м³ газового топлива, за вычетом тепла парообразования водяных паров, образующихся при горении, называется низшей теплотой сгорания.

Соотношене между высшей и низшей теплотой сгорания можно написать в следующем виде:

Q_н^р = Q_в^р – G_H2Оλ_п,

где G_H2О - масса влаги, содержащейся в 1 кг топлива, и влаги, образующейся в результате горения водорода топлива,

G_Н2О = 0,01(9Н^р + W^р),

а λ_п - теплота парообразования, условно принимаемая равной 2,51 МДж/кг.

При отсутствии опытных данных для приближенного расчета (с достаточной для технических расчетов точностью) теплоты сгорания твердого и жидкого топлива Q_н^р, МДж/кг, пользуются формулой Д.И. Менделеева:

Q_н^р = 0,339 С^р + 1,03Н^р – 0,109 (О^р – S_ор+п^р) – 0,025W^р,

или в ккал/кг

Q_н^р = 81С^р + 246Н^р – 26(О^р – S_ор+п^р) - 6W^р,

в которой коэффициенты подобраны экспериментально и несколько отличаются от теплот сгорания отдельных горючих элементов, входящих в состав топлива.

Низшую теплоту сгорания сухого газообразного топлива в МДж/м³ при отсутствии экспериментальных данных определяют как сумму теплот сгорания горючих газов, входящих в его состав, по формуле:

Q_н^с = 0,01(Q_CН4СН₄ + Q_C2Н6С₂Н₆ + Q_С3Н8С₃Н₈ + Q_С4Н10С₄Н₁₀ + …),

где СН₄, С₂Н₆ и т.д. – содержание горючих газов в сухом газовом топливе, в % по объему;

Q_СН4, Q_C2Н6 и т.д. – низшая теплота сгорания соответствующих газов, МДж/м³.

Значения высшей теплоты сгорания для твердого и жидкого топлива приведены в табл.1.1. Высшая и низшая теплоты сгорания газов, входящих в состав газообразного топлива, приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.1

Элементарный химический состав горючей массы различных видов твердого и жидкого топлива и их теплота сгорания

Топливо	Состав горючей массы, %					Высшая теплота сгорания
	Сг	Нг	Ог	Nг	Sгор		МДж/кг	ккал/кг
Древесина	51	6	42,6	0,5	-		18,86-20,1	4500-4800
Торф	58	6	33	2,5	0,5		21,4-24,7	5100-5900
Бурый уголь	64-77	4-6	15-25	1	0,5-7,5		26,4-30,2	6300-7200
Каменный уголь длиннопламенный	75-80	5-6	10-16	1,5	0,5 -7		31,4-34,8	7500-8300
Каменный уголь тощий	88-90	4-4,5	3-4	1,5	1-3		34,4-36,45	8200-8700
Антрацит	90-93	2-4	2-4	1	0,5-2		33,7-35	8050-8350
Горючие сланцы	60-75	7-9	10-17	1	5-15		29,3-37,7	7000-9000
Мазут	86-88	10-10,5	0,5-0,8	0,5-0,8	0,5-3		44-46,1	10500-11000

Таблица 1.2.

Характеристика индивидуальных газов, входящих в состав газообразного топлива

Газ	Химиче-ская фор-мула	Молеку- лярная масса	Плот-ность, кг/м3	Теор. объем воздуха для горения, м3/м3	Теор. объем прод. горения, м3/м3	Теплота сгорания, МДж/м3
						Выс шая	Низ шая
Метан	СН4	16,04	0,717	9,52	10,52	39,63	35,82
Этан	С2Н6	30,07	1,342	16,66	18,16	69,75	63,75
Пропан	С3Н8	44,09	1,967	23,80	25,80	99,30	91,40
Бутан	С4Н10	58,12	2,598	30,93	33,44	128,0	118,0
Пентан	С5Н12	72,15	3,219	38,08	41,08	158,2	146,0
Этилен	С2Н4	28,05	1,260	14,28	15,28	63,00	59,07
Пропи- лен	С3Н6	42,09	1,915	21,42	22,92	92,10	86,01
Бутилен	С4Н8	56,10	2,503	28,56	30,56	121,12	113,20
Бензол	С6Н6	78,11	3,485	35,70	37,20	146,1	140,0
Ацети- лен	С2Н2	26,04	1,173	11,90	12,40	58,00	56,00
Окись углерода	CО	28,01	1,250	2,38	2,88	12,58	12,64
Водород	Н2	2,02	0,090	2,38	2,88	12,72	10,80
Сероводород	Н2S	34,08	1,539	2,38	3,38	25,85	23,65
Диоксид серы	SО2	64,06	2,926	-	-	-	-
Азот	N2	28,02	1,250	-	-	-	-
Кисло род	О2	32,00	1,428	-	-	-	-
Диоксид углерода	СО2	44,01	1,977	-	-	-	-